3. Изостерическая и аллостерическая регуляция.

Регуляция активности ферментов бывает пассивная (с помощью изменения условий среды) т. е. есть постоянные ферменты и непостоянные, которые появляются под действием каких-либо факторов среды. (Под действием температуры или с помощью ионной силы и pH, [S], [E]).

Активная регуляция:

изостерическая;	аллостерическая.
(регуляция с помощью субстрата и продукта)	(регуляция активности фермента с помощью веществ, отличных от S и P).

Регуляция путем изменения количества фермента.

У бактерий хорошо изучен феномен индуцированного синтеза ферментов при выращивании на средах с одним углеводом, например, глюкозой. Замена глюкозы на лактозу приводит к индуцированному синтезу фермента галактозидазы, расщепляющей лактозу на глюкозу и галактозу.

В животных тканях подобный быстрый синтез ферментов наблюдается реже, однако при поступлении в организм некоторых ядов, канцерогенных веществ, алкалоидов наблюдается резкое увеличение количества (а значит и активности) гидроксилаз, окисляющих чужеродные вещества в нетоксичные продукты. С другой стороны, иногда под действием этих гидроксилаз чужеродные вещества превращаются в более токсичные продукты (летальный синтез).

Регуляция активности по принципу обратной связи.

Допустим в клетке есть многоступенчатый биосинтетический процесс, каждая стадия которого катализируется собственным ферментом:

E1 E2 E3 E4

A ---> X ---> Б ---> B ---> Г ---> ... P

Накопление продукта P оказывает мощное ингибирующее действие на фермент E1.

Аллостерическая регуляция.

Аллостерические ферменты - это ферменты, располагающиеся в начале метаболического потока или на его узловых этапах и управляют этим метаболическим потоком.

Свойства аллостерических ферментов:

1. Являются олигомерами состоящими из протомеров.

2. Имеют как минимум два центра: активный центр и центр аллостерической регуляции.

3. Имеют ось симметрии.

4. Протомеры изменяют свою структуру в пределах олигомеров.

5. Изменение конформации олигомеров ограничено конформациями отдельных протомеров.

Существует 2 вида веществ (эффекторы), которые оказывают на фермент двоякое действие:

1) активаторы; 2) ингибиторы.

Аллостерический фермент имеет 2 центра аллостерической регуляции - центр аллостерической активации

- центр аллостерического ингибирования.

При взаимодействии аллостерического фермента с аллостерическим активатором резко возрастает степень сродства фермента к субстрату, точнее возрастает степень сродства активного центра к субстрату.

При взаимодействии аллостерического ингибитора с аллостерическим ферментом, резко понижается степень сродства фермента к субстрату.

Наличие двух центров в аллостерическом ферменте доказывается путем технической денатурации в мягких условиях (под действием мочевины) ---> при этом аллостерический фермент теряет регуляторные свойства (они связаны с центрами аллостерической регуляции), но сохраняет каталитические свойства, связанные с активным центром.

Механизмы и роль аллостерической регуляции. Характеристика аллостерических ферментов. Виды ингибирования (обратимое, необратимое, конкурентное, неконкурентное, бесконкурентное).

Кинетика многих ферментов не подчиняется принципам кинетики Михаэлиса и Ментен

При знакомстве с материалом по кинетике ферментов могло сложиться впечатление, что кинетика всех ферментов основана на принципах Михаэлиса и Ментен. Исключением было только влияние избытка субстрата. У ферментов, подчиняющимся принципам кинетики Михаэлиса и Ментен с позиций процессов, протекающих в клетке, имеется ряд недостатков. Для обеспечения нормальной жизнеспособности клетки требуется тонкая регуляция концентрации большинства метаболитов. Существует довольно узкий диапазон допустимых концентраций субстратов в клетке при потребности быстро реагировать изменениями скоростей реакции в широких пределах в ответ на постоянно меняющееся функциональное состояние клетки. Приведенный ранее расчет показывает, что скорости реакций мало чувствительны к изменениям концентрации субстрата. Например, повышение скорости от 0,1 Vmax до 0.9 Vmax требует повышения концентрации субстрата в 81 раз. Такие же цифры характеризуют и действие ингибиторов. Ферменты, управляющие превращениями метаболитов должны быть более чувствительны к изменению концентраций и субстрата и ингибитора. Таким образом, природа вынуждена обратиться к "кооперативным" системам, в которых маленькие изменения в одном параметре, например концентрации ингибитора, вызывают большие изменения в скорости. Графически результат работы такой кооперативной системы (график зависимости скорости реакции от концентрации субстрата) выражается не гиперболой, а S-образной сигмоидной кривой (сигмоидальные кривые всегда сдвинуты вправо в сравнении с гиперболой). Существует большое семейство ферментов, которые представляют такие кооперативные системы. Это аллостерические ферменты.

Определение. Аллостерический белок определяется как белок, содержащий два или больше топологически различающихся центра связывания лигандов (субстраты, ингибиторы и т.д), которые функционально взаимодействуют друг с другом. Связывание лиганда, с одним центром изменяет свойства другого (их).

Большая часть аллостерических белков – аллостерические ферменты, но некоторые белки, типа гемоглобина, выполняют и другие функции.

Кооперативность Кооперативность - модификация константы связывания лиганда белком предшествующим связыванием другого лиганда. Константы связывания - подобны Ks для субстрата или Ki для ингибитора, являются в основном константами диссоциации белка и лиганда и указывает силу связывания, или сродство белка и лиганда. Км обычно принимается как константа связывания субстрата, поскольку ее проще измерять, чем Ks. Понятие кооперативность означает, что связывание одного лиганда к белку или увеличит или уменьшит способность белка, связывать вторую молекулу лиганда. Если модификация увеличивает способность связывания (или сродство), это называют положительной кооперативностью. Если способность связывания снижается - это отрицательная кооперативность. Два лиганда один из которых влияет на связывание другого, могут быть химически идентичны, например, одна молекула субстрата, изменяет связывание другой молекулы субстрата. Такое взаимодействие называют гомотропным эффектом. Если они химически различаются, например, влияние ингибитора на связывание субстрата, тогда это - гетеротропный эффект.